volatile关键字的作用

在Java并发编程中，volatile 和 synchronized 是两种常见的同步机制。它们虽然都可以用于多线程环境下的变量同步，但在语义和使用场景上有显著区别。以下是详细的对比与补充：

volatile关键字

volatile 关键字用于声明共享变量，并为其赋予两层语义：

1. 可见性保证：

   • 当一个线程修改了 volatile 变量的值，新值会立即被刷新到主内存中，并且其他线程读取这个变量时可以立即获得最新的值。
   • 具体来说，当一个线程写入 volatile 变量时，会强制将缓存中的数据刷新到主内存；当一个线程读取 volatile 变量时，会强制从主内存中读取数据。

2. 禁止指令重排序：

   • volatile 变量在写操作和读操作时，会在指令层面加上内存屏障（Memory Barrier），以禁止对这些操作进行重排序，从而避免因重排序带来的数据不一致问题。

synchronized关键字

synchronized 关键字可以用于方法或者代码块，实现同步。其主要特点包括：

1. 可见性和原子性保证：

   • synchronized 不仅能保证变量的可见性，还能保证变量操作的原子性。
   • 进入 synchronized 方法或代码块的线程会持有锁，任何其他线程在锁被释放前都无法进入同一个 synchronized 方法或代码块。

2. 线程阻塞：

   • 使用 synchronized 关键字时，如果一个线程获取了锁，其他线程试图获取这把锁时会被阻塞，直到锁被释放。

对比总结

1. 使用层级：

   • volatile：只能用于变量级别。
   • synchronized：可以用于方法级别和代码块级别（包括类和实例级别）。

2. 功能：

   • volatile：只能保证可见性，不能保证操作的原子性。例如，volatile 不能保证复合操作（如i++）的原子性。
   • synchronized：不仅能保证可见性，还能保证操作的原子性。

3. 性能：

   • volatile：不会造成线程阻塞，性能开销较小，因为它不会涉及上下文切换和调度。
   • synchronized：可能会造成线程阻塞，导致上下文切换和调度，性能开销相对较大。

4. 编译器优化：

   • volatile：变量不会被编译器优化，必须每次都从主内存中读取。
   • synchronized：在锁释放之前，编译器和处理器都不能对其进行优化，但锁释放之后，相关代码仍可被优化。

     public class VolatileExample {
         private volatile boolean flag = false;
     
         public void writer() {
             flag = true;  // 写操作
         }
     
         public void reader() {
             if (flag) {  // 读操作
                 // 进行操作
             }
         }
     }

     public class SynchronizedExample {
         private int count = 0;
     
         public synchronized void increment() {
             count++;  // 原子性操作
         }
     
         public synchronized int getCount() {
             return count;  // 可见性保证
         }
     }